微合金化滲碳齒輪鋼的組織和疲勞性能研究.pdf

1、20CrMoH和22CrMoH是我國常用的滲碳齒輪鋼，提高其性能有助于車輛傳動系統(tǒng)的輕量化。本文研究是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題“高性能滲碳齒輪鋼的研究”(編號2006AA032526)，其目標是通過微合金化等方法，提高20CrMoH和22CrMoH鋼的性能。在20CrMoH鋼的基礎(chǔ)上，添加微合金化元素Nb、Ti，得到試驗鋼W1(0.04％Nb)、W2(0.08％Nb)和W3(0.04％Nb+0.04％Ti)；在22CrM

2、oH鋼的基礎(chǔ)上添加Nb，得到試驗鋼W4(0.04％Nb)和W5(0.08％Nb)；此外，為保證淬透性，在試驗鋼中還添加了少量(0.0005-0.0008％)的B。本文重點研究試驗鋼的微觀組織、力學(xué)性能、淬透性、以及疲勞性能，并與20CrMoH和22CrMoH鋼進行對比。
　　 微觀組織和晶粒長大規(guī)律研究表明，在Nb微合金化滲碳齒輪鋼中，Nb(C，N)顆粒可以釘扎晶界，從而阻止奧氏體晶粒長大；但添加過量的Nb(0，08％)會使Nb

3、(C，N)顆粒析出時長大，從而不利于釘扎奧氏體晶界；此外，Nb/Ti復(fù)合微合金化析出(Nb，Ti)(C，N)，可以更好地細化晶粒。在較高的奧氏體化溫度(1050℃)下，含0.04％Nb的WI鋼的晶粒細化作用明顯，保溫較長時間(10h)也不出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。
　　 淬透性研究表明，通過添加少量的B，可有效提高滲碳齒輪鋼的淬透性，從而彌補因采用Nb、Ti微合金化細化晶粒而可能導(dǎo)致的淬透性降低。因此，添加Nb、B可以得到細晶粒、高淬透性滲

4、碳齒輪鋼。不過，B微合金化提高滲碳齒輪鋼的淬透性，使其滲碳熱處理變形增大。通過降低心部硬度，適量添加Nb元素細化晶粒，可達到抑制滲碳齒輪鋼的熱處理變形的效果。
　　 彎曲疲勞試驗表明，Nb或Nb/Ti復(fù)合微合金化細化滲碳層原奧氏體晶粒，抑制疲勞裂紋萌生和擴展，從而提高旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度。此外，研究發(fā)現(xiàn)夾雜物數(shù)量多及尺寸偏大時其成為疲勞裂紋源，不利于疲勞性能。因此，降低鋼中氧含量，有效控制夾雜物數(shù)量及尺寸，也可提高旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度。

5、
　　 接觸疲勞試驗表明，滲碳齒輪鋼接觸疲勞試樣同時存在滲碳層的點蝕和剝落兩種失效方式。氧含量低的Nb微合金化齒輪鋼中氧化物夾雜數(shù)量少、尺寸小，接觸疲勞裂紋起裂難：同時，Nb微合金化齒輪鋼滲碳層晶粒尺寸小、硬度高，接觸疲勞裂紋萌生和擴展阻力大。含0.04％Nb的W1鋼的滾動接觸疲勞性能比20CrMoH鋼有大幅提高。
　　 綜上所述，經(jīng)過適量Nb/Ti/B微合金化后，20CrMoH和22CrMoH滲碳齒輪鋼的彎曲和接觸疲勞